一种WC制造技术

一种WC

【技术实现步骤摘要】
一种WC
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与石墨烯共负载Ru单原子协同析氢复合催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电解水制氢催化材料领域，具体是涉及一种WC
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与石墨烯共负载Ru单原子协同析氢复合催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]化石能源短缺和其大量消耗所带来的环境污染问题日益严峻。氢因其热值高，已被认为是化石燃料的一个有前途的替代品。利用间歇式可再生能源驱动电化学水裂解法是生产纯氢最环保、最经济的方法。为了确保析氢反应(HER)的高效和连续，催化剂必须以最小的过电位促进质子氢还原，以尽量减少额外的能量消耗。在过去的几十年里，这一要求使得使用电化学催化剂高效生产氢气成为科学家们的一个挑战，目前常见析氢催化剂主要为Pt基催化剂，但由于其稀缺性所带来生产成本高，因此开发低成本高活性催化剂迫在眉睫。
[0003]WC是一种典型的过渡金属碳化物，其在锂离子电池，储能器，催化剂等方面有着潜在的应用价值。过渡金属碳化物具有极高的硬度、明确的体结构、高热稳定性、耐化学腐蚀性和类似金属的导电性。独特的金属类电子特性产生类似于支撑金属原子和碳化物表面之间的金属
‑
金属键的电子相互作用。长期以来，碳化钨基材料一直被认为是HER工艺中铂的潜在替代品，因为将C嵌入W晶格会产生“类Pt”的d带电子密度态，这种结构对HER催化起到改善作用。
[0004]近期，为提高碳化钨基材料的HER性能，科学家们提出几种策略。例如，Xu et al(J.Am.Chem.Soc，139，2017，5285
–
5288)利用沸石型MAF作为牺牲宿主/模板，通过笼形约束热解策略合成了尺寸约为2nm的超小碳化钨纳米团簇/纳米颗粒；Chen et al(ACS Sustain.Chem.Eng，7，2019，10016
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10024)通过炭化后的喷雾干燥工艺构建了W
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W2C纳米颗粒包埋碳纳米管复合材料；Zhang et al(J.Electroanal.Chem.，2009，634，68J.Mater.Chem.A,2018,6,15395)两步热解处理，获得了由少量n掺杂的类石墨碳(WC/W2C@C NWs)覆盖的超细电缆状WC/W2C异质结纳米线(NWs)。但是，通过溶剂法通过一步退火合成纳米花状的WC
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与石墨烯共负载Ru单原子协同高效无铂析氢催化剂还未见报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出一种WC
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与石墨烯共负载Ru单原子协同析氢复合催化剂及其制备方法，通过简便，环保，成本低的方法制备出具有高效、稳定的析氢催化剂。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]一种WC
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与石墨烯共负载Ru单原子协同析氢复合催化剂，由石墨烯纳米片扦插组成纳米花球形状，WC
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纳米颗粒和Ru原子分布在该石墨烯纳米片上，且Ru原子被限域在WC
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晶格中，限域在WC
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晶格中的Ru原子与石墨烯上的Ru原子相互协同，提升析氢催化活性。
[0008]作为本专利技术的优选技术方案，本专利技术所提出的这种WC
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与石墨烯共负载Ru单原子协同析氢复合催化剂，其中，所述WC
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纳米颗粒主相是由WC和W2C组成的结晶相。所述纳米花
球的尺寸为5
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15μm，所述WC
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纳米颗粒的尺寸为1
‑
10nm。
[0009]一种制备该WC
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与石墨烯共负载Ru单原子协同析氢复合催化剂的方法，首先通过由三氯化钌、盐酸多巴胺、钨酸钠以及溶剂组成的反应体系制备前驱体DA
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RuW，前驱体经过洗涤、冷冻干燥处理，再利用高温退火处理该前驱体制备WC
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与石墨烯共负载Ru单原子协同析氢复合催化剂Ru
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WCx@C。
[0010]作为本专利技术的优选技术方案，本专利技术所提出的这种制备方法，其中，制备前驱体DA
‑
RuW所采用的三氯化钌、盐酸多巴胺和钨酸钠之间的重量比为1∶5
‑
15∶15
‑
25，所采用的溶剂为水，所采用的反应温度为室温，反应时间为1
‑
5h。前驱体高温退火处理所采用的处理温度为800
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850℃，处理时间为2
‑
3h，升温速率为1
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5℃/min，处理氛围为氮气。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：
[0012]1、本专利技术利用水作为溶剂条件下制备出WC
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与石墨烯共负载Ru单原子协同析氢复合催化剂Ru
‑
WCx@C，具有纳米花状结构，极大程度增大了比表面积。WC
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纳米颗粒和Ru原子分布在石墨烯纳米片上，且Ru原子被限域在WC
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晶格中，这种限域效应与石墨烯上的Ru单原子相互协同，加强析氢催化剂活性。该催化剂具有优越的性能，在10mA
·
cm
‑2密度下1M KOH碱性析氢过电位为仅为10mV，低于目前大多数常见贵金属基催化剂。而且，该催化剂在10mA
·
cm
‑2电流密度下连续工作100h，性能几乎无衰减，展现了极高的稳定性，各个性能都满足析氢催化剂的要求。
[0013]2、本专利技术先通过溶剂沉淀法制备前驱体，然后冷冻干燥，再将所得产物在氮气中高温退火反应制得，此制备方法简便，环保，成本低。
附图说明
[0014]图1为实施例1制备复合催化剂Ru
‑
WCx@C的X射线衍射(XRD)图谱。
[0015]图2为实施例1制备前驱体DA
‑
RuW的扫描电子显微镜(SEM)图。
[0016]图3为实施例1制备复合催化剂Ru
‑
WCx@C的扫描电子显微镜(SEM)图。
[0017]图4为实施例1制备复合催化剂Ru
‑
WCx@C的透射电子显微镜(TEM)图。
[0018]图5为实施例1制备复合催化剂Ru
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WCx@C的极化曲线(LSV)图。
[0019]图6为实施例1制备复合催化剂Ru
‑
WCx@C的在10mA
·
cm
‑2电流密度下100h工作稳定性图。
具体实施方式
[0020]实施例1
[0021]1、将32mg三氯化钌、400mg盐酸多巴胺、700mg钨酸钠分别溶解在10mL、40mL和40mL去离子水中。
[0022]2、向盐酸多巴胺溶液中加入约500μL盐酸调节pH值至2，待到充分溶解，将三氯化钌溶液加入到盐酸多巴胺溶液中，并用磁力搅拌30min。再把钨酸钠溶液缓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种WC
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与石墨烯共负载Ru单原子协同析氢复合催化剂，其特征在于，由石墨烯纳米片扦插组成纳米花球形状，WC
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纳米颗粒和Ru原子分布在该石墨烯纳米片上，且Ru原子被限域在WC
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晶格中，限域在WC
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晶格中的Ru原子与石墨烯上的Ru原子相互协同，提升析氢催化活性。2.如权利要求1所述的WC
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与石墨烯共负载Ru单原子协同析氢复合催化剂，其特征在于，所述WC
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纳米颗粒主相是由WC和W2C组成的结晶相。3.如权利要求1所述的WC
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与石墨烯共负载Ru单原子协同析氢复合催化剂，其特征在于，所述纳米花球的尺寸为5
‑
15μm，所述WC
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纳米颗粒的尺寸为1
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10nm。4.一种制备如权利要求1、2或3所述WC
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与石墨烯共负载Ru单原子协同析氢复合催化剂的方法，其特征在于，首先通过由三氯化钌、盐酸多巴胺、钨酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，左学勤，杨群，李广，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：